不同温度下Ti44Al6Nb1Cr合金循环氧化行为的研究

为探究TiAl基合金的氧化行为及其氧化机理,以Ti44Al6Nb1Cr合金为基体,进行800℃和900℃下的大气循环氧化试验,采用扫描电镜和X射线衍射仪分析不同温度下氧化物的形貌、组织结构和相组成。研究结果表明,Ti44Al6Nb1Cr合金在800℃下的抗循环氧化性能要优于900℃下的抗循环氧化性,900℃下合金的氧化增重是800℃下的3.3倍。合金在800℃下生成的氧化膜发生小面积的单元型剥落,而900℃下的氧化膜则发生大面积的扩展型剥落。不同温度下合金表面生成的氧化膜产生分层现象,最外层是Al_(2)O_(3)层,中间层是TiO_(2)和Al_(2)O_(3)的混合层,最内层是TiO_(2)层。800℃下中间层Al_(2)O_(3)含量高于900℃,氧化膜中连续的Al_(2)O_(3)层可以作扩散阻挡层,对氧和金属离子的扩散起到阻碍作用。

Ti_3SiC_2氧化膜的抗循环氧化行为

用循环氧化和用声发射技术研究了Ti3SiC2陶瓷材料氧化膜的抗剥落性和氧化膜的开裂行为.利用XRD和SEM分析了表面成分和结构.结果表明,Ti3SiC2有良好的抗循环氧化性能.腐蚀产物分成明显的两层,外层成分为TiO2,内层为TiO2和SiO2的混合物.内层有明显的贯穿性纵向裂纹.在声发射实验的恒温阶段没有观测到声信号,但在降温过程中出现了声信号,表明生长应力不会导致氧化膜破裂,而热应力导致氧化膜破裂。

NiAl的基体高温条件下抗循环氧化性研究

本文通过整理各学者对NiAl合金高温条件下抗循环氧化性的研究,对如何提高NiAl合金高温条件下抗循环氧化性能作了概括综述。通过研究发现,提高NiAl合金的抗氧化性能主要通过三个方面,一是通过表面物理强化的方法减少NiAl涂层在高温氧化情况下的孔洞的方法;二是通过掺杂Zr、Hf元素的方法,高温情况下Zr、Hf的氧化物可有效改善NiAl涂层的附着力及高温抗氧化能力。

Ni－La_2O_3复合镀层对Ni抗高温循环氧化性能的影响

１２７３Ｋ循环氧化１００ｈ的实验结果表明，金属Ｎｉ表面沉积一层Ｎｉ－Ｌａ_２Ｏ_３复合镀层（厚为３０μｍ）后，抗循环氧化性能比金属Ｎｉ和表面沉积相同厚度Ｎｉ镀层的金属Ｎｉ有极大改善。Ｎｉ及其单镀Ｎｉ后，氧化速率快，氧化皮严重开裂；沉积复合镀层后，氧化速率显著降低，表面氧化层晶粒明显细化，氧化皮下发生开裂电子探针（ＥＰＭＡ）观测发现，Ｌａ_２Ｏ_３分布在氧化层（５０μｍ厚）的上表层（３１μｍ厚）中。高分辨电子显微镜（ＨＲＥＭ）发现复合镀层中分布着尺寸＜５ｎｍ的Ｌａ_２Ｏ_３纳米颗粒，据此提出，氧化时，由于小尺寸的Ｌａ_２Ｏ_３纳米颗粒易部分溶解，成为产生并在氧化层晶界偏聚的Ｌａ^（３＋）的＂储存池＂。Ｌａ^（３＋）在ＮｉＯ晶界偏聚，阻止了Ｎｉ^（２＋）的短路扩散，改善了复合镀层氧化层的生长机制和力学性质．

单晶高温合金热障涂层的循环氧化行为

在Ni基单晶高温合金基体上 ,采用磁控溅射沉积Ni30Cr12Al0 .3Y粘结层 ,电子束物理气相沉积 (EB -PVD)氧化锆陶瓷面层 ,制备了热障涂层 .粘结层的晶粒尺寸小于 10 0nm ,为纳米结构 ,具有优异的抗氧化性能 ;陶瓷面层为柱状结构 ,有较好的应变允许度 .XRD分析表明 ,沉积态的陶瓷层存在大量的非平衡正方相 (t′) ,还有少量的立方相 (c)和单斜相 (m) ,t′相在冷却时不会转变为m ,对陶瓷的高温稳定性有重要的作用 .在 10 5 0℃下 ,对单晶合金基体和热障涂层进行了循环氧化实验 .结果表明 ,单晶合金经过几次循环后氧化膜发生剥落 ,10 0次循环氧化后 ,表面氧化物主要由NiO和少量的Al2 O3 以及由于Kirkendell效应造成的孔洞组成 ;而热障涂层经过 10 0次循环后 ,表面没有剥落 ,但有微裂纹出现 ,粘结层与陶瓷层之间的热氧化产物 (TGO)为Al2 O3 .30 0次循环氧化后 ,TGO与粘结层之间有裂纹产生 .

Pd-Ni-Al涂层的抗高温循环氧化性能

在IN738镍基高温合金上,采用低压固体粉末包埋渗铝方法制备钯改性铝化物涂层。利用TGA、XRD、SEM以及金相等方法,研究了Pd-Ni-Al涂层在1 050℃的高温氧化行为。结果表明:与NiAl涂层相比,Pd-Ni-Al涂层表面氧化膜粘附性优良,改性涂层的退化相 远少于普通NiAl涂层,显示出优良的高温稳定性。添加改性元素Pd,提高了铝化物涂层的抗循环氧化性能。

循环氧化法石煤提钒新工艺试验研究

提出一种采用自主开发的低钠复合添加剂进行氧化焙烧，在两段水浸后增加稀酸浸出工艺，然后将酸浸液亚铁沉钒后作为中间产品返回再氧化焙烧，最后从水浸出产品的循环氧化法石煤提钒新工艺．并在氧化焙烧之前，增加预焙烧，除去石煤中的有机质和黄铁矿等还原性矿物对钒的氧化抑制，同时能充分利用石煤的低热值能源，还可使钒得到一定程度的富集．并应用新工艺以江西某地石煤为对象进行了实验研究．研究结果表明，实验过程最佳条件和指标分别为：预焙烧中焙烧温度750℃，焙烧时间30min，残碳量小于2％；氧化焙烧中焙烧温度为780～820℃，焙烧时间90min，复合添加剂用量9％，酸浸中间产品3％～5％．在此条件下，钒的浸出率可达85．5％，总回收率可达76．3％．

Fe-30Mn-9Al奥氏体钢高温循环氧化特征

研究了Fe - 30Mn - 9Al奥氏体钢在 70 0℃、80 0℃和 95 0℃空气中循环氧化 16 0h表面形成的氧化膜形貌、成分和组织结构 .Fe - 30Mn - 9Al奥氏体钢在 70 0℃和 80 0℃氧化时 ,初期增重较快 ,随着循环次数增加 ,氧化增重减小 ,氧化 16 0h分别增重 1 0 0和 4 0 8mg/cm2 .氧化层主要由Mn2 O3 ,Al2 O3 和 (Mn ,Fe) 2 O3 等相组成 .在 95 0℃ ,钢的氧化增重显著上升 ,16 0h增重 4 3 5 0mg/cm2 ,表面形成了Fe2 O3 、MnO2 以及MnAl2 O4、Al2 Fe2 O6等复合氧化物 .80 0℃下循环氧化后形成了多层氧化物膜 ,外层以Mn2 O3 型氧化物为主 ,内层以Al2 O3 为主 ;钢基体表面为富Fe。

T91钢热浸镀铝及其在水蒸汽中的循环氧化行为

研究SA213T91钢热浸镀铝后并退火后样品在90%Ar+10%H2O气氛中于600,650和700℃下的循环氧化行为。研究结果表明:T91钢热浸镀铝并退火后样品在表面形成Fe2Al5金属间化合物层,该层中有贯穿Fe2Al5层的裂纹;Fe2Al5层下为扩散层;镀层表现良好的抗氧化性能;在600℃氧化速率缓慢,样品表面仅生成极薄的Al2O3膜,其生长方式主要由Al向外扩散为主,而在650℃和700℃时氧化质量增量增大;在循环氧化过程中,由于基体和镀层的热膨胀系数不匹配,镀层在降温和升温过程中将受到循环应力作用,镀层中裂纹增加,并导致镀层剥落。

钴基高温合金的循环氧化行为研究

研究了钴基高温合金K40S在 95 0℃和 10 0 0℃的循环氧化行为 .发现合金在 95 0℃ 40 0h以内的抗循环氧化性能较好 .合金在 10 0 0℃氧化 5 0h以后因为表面氧化膜剥落开始出现失重现象 .在 10 0 0℃循环氧化初期的产物主要为Cr2 O3 ,其次为CoCr2 O4 和少量的CoO ,40 0h以后 ,Cr2 O3 基本剥落 ,合金表面由于Cr的损耗又生成Cr2 WO6、NiCr2 O4 以及挥发性的WO3 氧化产物 .添加Si和Mn元素使K40S合金抗循环氧化性能明显地比不含Si和Mn元素的DZ40M钴基高温合金优越 .

K17F高温合金溅射微晶层的抗循环氧化行为

用溅射方法获得了晶粒尺寸小于０．１μｍ的高温合金ｋ１７Ｆ的微晶涂层，对铸态高温合金Ｋ１７Ｆ及其溅射微晶层的循环氧化行为进行了研究。结果表明，微晶层中只含γ相，不含γ＇和碳化物相，为匀相组织。它在１０００℃的抗循环氧化性能较铸态合金有极大提高。溅射微晶层具有优异的防护性和粘附性，在冷却过程中不会开裂，即使在１００次循环氧化后仍未见剥落。

盐雾腐蚀对热障涂层高温循环氧化性能的影响

利用电子束物理气相沉积法在Ni基高温合金表面制备了(ZrO2+MCrAlY)双层结构热障涂层。研究了常温盐雾腐蚀对其循环氧化行为的影响。试验结果表明涂层经过常温盐雾腐蚀后,陶瓷层的裂纹发生扩展,氧化锆晶体挤压、变形,同时由于常温盐雾环境的作用导致涂层在高温氧化过程中粘结层氧化严重,生成的热生长氧化层产生较大的体积膨胀效应,导致应力集中,降低了涂层的高温循环氧化性能,缩短了涂层的寿命。

TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆。

钛合金表面Ta-W涂层的制备及循环氧化行为

采用电弧离子镀（AIP）在Ti-6.48Al-0.99Mo-0.91Fe（质量分数,%）钛合金表面制备Ta-10W（质量分数,%）涂层。通过扫描电镜（SEM）与能谱（EDS）分析、透射电镜（TEM）分析、电子探针分析（EPMA）,X衍射分析（XRD）,划痕及纳米压痕试验,研究钛合金基体与Ta-W涂层经900℃大气循环氧化前后的物相组成、组织形貌及性能,讨论涂层/基体的氧化行为。结果表明：沉积态Ta-W涂层连续、均匀、致密,由颗粒细小（≤50 nm）的α-Ta（W）堆积成100~250 nm的等轴晶组成,硬度为14.4~15 GPa,与基体的临界载荷为58.5 N;经900℃大气循环氧化后,钛合金表面形成带裂隙的层状Ti O2、Al2O3疏松混合氧化膜,氧化膜明显脱落;Ta-W涂层能明显提高钛合金的抗循环氧化性能,形成以β-Ta2O5为主的致密氧化膜;随着氧化的进行,氧化膜中Ti O2、Al2O3含量增加并出现Al Ta O4、Al WO4相,氧化膜始终保持完整;氧化过程中,基体中Ti、Al元素及涂层中Ta、W元素互扩散,在界面形成Al Ta2、Al2Ta3、Al3Ti、TixW1-x相,O元素扩散并固溶于基体,在近界面基体处形成厚度逐渐增加的富Ta、W、Al、O、α-Ti固溶体（稳定）区,涂层元素向氧化膜和基体扩散而被消耗为其失效的主要原因。

钇对Fe-Cr-Al合金循环氧化行为的影响

用热重分析、扫描电镜及能谱分析等手段研究了合金中弥散分布的Y、弥散分布的Y2 O3及离子注入Y+对Fe 2 3Cr 5Al合金 1 1 0 0℃循环氧化行为的影响。不含Y的合金经 1 0 0h循环氧化后氧化膜发生了开裂和剥落 ,露出合金基体 ;加入弥散的Y或Y2 O3的合金经 1 0 0h循环氧化后氧化膜平坦致密 ,不剥落 ;离子注入 1× 1 0 17Y+/cm2 后合金氧化膜主要发生层间剥落。Y提高Fe Cr Al合金氧化膜粘附性的原因主要在于Y易与S形成稳定的硫化物 ,从而阻止了S在膜 /合金界面偏聚。Y提高Al2 O3膜粘附性的原因还在于改变了Al2 O3膜的生长机制。

涂层对TiAl金属间化合物抗循环氧化性能的影响

研究了渗铝、Ｃｏ３０Ｃｒ６Ａｌ０．５Ｙ（质量分数，％）和反应溅射Ａｌ２Ｏ３及Ｔｉ５０Ａｌ１０Ｃｒ（摩尔分数，％）涂层对ＴｉＡｌ金属间化合物在９００和１０００℃的循环氧化性能的影响。结果表明：几种涂层均不同程度地提高了ＴｉＡｌ的抗循环氧化性能，其中ＴｉＡｌＣｒ涂层表现出最好的效果。渗铝涂层内出现大量贯穿性裂纹；ＣｏＣｒＡｌＹ涂层和基体之间存在严重的互扩散，形成的孔洞已连成了较大的裂纹，且涂层内出现裂纹；Ａｌ２Ｏ３膜易开裂剥落，提高ＴｉＡｌ的抗循环氧化性能十分有限；而ＴｉＡｌＣｒ涂层表现出好的涂层基材相容性，循环氧化后涂层内没有出现裂纹，涂层－基材结合致密。

粘结层表面预处理对EB-PVD热障涂层循环氧化的影响

研究了在Ni3Al基高温合金基底上采用阴极电弧镀方法制备NiCoCrAlYHf粘结层、电子束物理气相沉积(EB PVD)方法制备Y2O3 ZrO2陶瓷层的热障涂层(TBCs)在1150～30℃之间的热循环氧化行为。通过对热循环过程中热障涂层界面韧性的测试和氧化行为的研究,分析了粘结层表面预处理工艺(喷丸和吹砂)对热障涂层使用寿命的影响。由于喷丸和吹砂会降低热障涂层的界面韧性,同时又促进了热生长氧化物(TGO)的生长,这些预处理工艺不利于提高热障涂层的寿命。

含铝Ti_3SiC_2在1100℃和1200℃空气中的循环氧化行为

采用热压n(TiC)∶n(Ti)∶n(Si)∶n(Al)=2∶1∶1∶0.2的混合粉末制备了高纯度、固溶有铝的Ti3SiC2。研究了该材料在1100℃和1200℃空气中的循环氧化行为。结果表明,含铝Ti3SiC2的循环氧化可以分为氧化层的形成、致密和稳定。40次循环后,试样表面形成6～10μm的致密氧化膜,其主要由固溶的铝所形成的α Al2O3组成,并含少量的SiO2和TiO2。这种致密氧化膜有利于提高Ti3SiC2的氧化性能。热应力计算表明,氧化层内部存在很大的压应力。

Dy对NiAl-31Cr-3Mo合金循环氧化性能的影响

研究了稀土元素Dy对NiAl-31Cr-3Mo合金在1300和1400 K空气中的循环氧化行为的影响。结果表明:稀土元素Dy的添加显著提高了基体合金的抗循环氧化性能。X射线衍射与SEM分析表明:基体合金表面氧化膜主要由-αAl2O3构成,并含有少量的Cr2O3,而添加稀土元素Dy后,合金表面形成了单一的-αAl2O3氧化膜,在氧化膜与基体合金之间形成一层富Cr相,大大提高了氧化膜的粘附性,从而提高了合金的抗循环氧化性。采用EDAX分析研究了合金表面氧化产物的微观组织及成分,并从合金相组成探讨了稀土元素Dy提高基体NiAl-31Cr-3Mo合金的抗循环氧化性能的机制。

Ti-60钛合金电弧离子镀Ti-Al-(Cr)防护涂层的循环氧化行为

研究了Ti-60钛合金及Ti-48Al和Ti-48Al-12Cr(原子数分数,%)两种涂层在800℃的循环氧化行为。实验发现Ti-60钛合金基体在800℃氧化严重,氧化层发生了明显剥落。而两种涂层在800℃均能有效地保护Ti-60钛合金基体。在循环氧化过程中Ti-48Al-12Cr涂层增重明显小于Ti-48Al涂层,表现出更好的抗循环氧化能力。